The influence of stress history on the grain size and microstructure of experimentally deformed quartzite

Deformation of middle crustal shear zones likely varies with time as a result of the stress build-up and release associated with earthquakes and post-seismic deformation, but the processes involved and their microstructural signature in the rock record are poorly understood. We conducted a series of experiments on quartzite at 900 °C to characterize microstructures associated with changes in stress and strain rate, and to investigate the feasibility of carrying out grain size piezometry in natural rocks that experienced analogous changes. Differential stress (referred to simply as “stress”) was varied in two-stage experiments by changing strain rate and by stopping the motor and allowing stress to relax. The two-stage samples preserve a microstructural record that can be interpreted quantitatively in terms of stress history. The microstructure associated with a stress increase is a bimodal distribution of recrystallized grain sizes. The smaller grains associated with the second deformation stage accurately record the stress of the second stage, and the surviving coarse grains remain similar in size to those formed during the earlier stage. The transient microstructure associated with stress decrease is a “partial foam” texture containing a larger concentration of stable 120° triple junctions than occur in samples deformed at a relatively constant strain rate. Our results indicate that microstructures preserved in rocks that experienced relatively simple, two-stage deformation histories can be used to quantitatively assess stress histories.Grain growth rates during deformation are similar to rates observed in previous isostatic growth experiments, supporting theoretical approaches to recrystallized grain size, such as the wattmeter theory (Austin and Evans, 2007), that incorporate static growth rates. From an analysis of the experimental data for quartz recrystallized grain size, we find: 1) Recrystallized grain size quickly reaches a value consistent with ambient deformation conditions. We argue that this explains a good match between average grain sizes predicted by the wattmeter after complete recrystallization and the recrystallized grain sizes of the experiments. 2) The present formulation of the wattmeter overestimates the rates at which porphyroclasts recrystallize by as much as an order of magnitude, and 3) owing to problems with extrapolation of grain growth data for quartz, the wattmeter is not presently applicable to natural samples deformed at low temperatures. We present a simplified flow law for quartz, and suggest that the change in slope of the quartz piezometer at high stress (regime 1) is related to a switch to a linear viscous rheology.     

重庆城口高燕锰矿床矿物解离度与工艺粒度研究

随着当前矿产资源日趋贫、细、杂,合理利用低品位和复杂多金属矿石是目前选矿工作的重要问题（吴荣庆, 2008）,只有通过对矿物原料或产物中元素或矿物的状态和性质的系统研究,阐明其行为规律,指导和配合矿物加工研究和生产,才能有针对性地选择选矿方法和工艺流程（贾木欣, 2007）,实现对矿物资源的综合利用（吕宪俊,2001）。而矿物工艺粒度、解离度对选矿发挥着不可缺少的重要作用。矿物解离是选矿的必要条件之一,矿物工艺粒度、磨矿粒度等因素对矿物解离度都有影响,这些因素致使解离度和工艺粒度之间关系复杂化（洪秉信,傅文章., 2012）。本文通过对重庆城口高燕锰矿床矿物解离度与工艺粒度的研究,从而探讨解离度与工艺粒度对选矿加工的影响。     

相对湿度和PM2.5浓度对大气能见度的影响研究:基于小时资料的多站对比分析

为了全面分析浙江省不同区域能见度变化基本特征及影响机理,基于杭州、宁波、温州3个国家基本气象站2013-2014年逐时能见度观测资料,比较分析了3市能见度变化的基本特征。发现3市不同等级能见度出现频率基本一致,随着能见度等级的提高,出现频率逐渐降低;从能见度的日变化来看,07时（北京时）前后最低,之后缓慢上升,14-15时达到最高,随后逐渐下降;全年有两个能见度较低时段,分别出现在12月-次年2月和5-6月;总体而言,宁波能见度最优,杭州和温州大体相当。功率谱分析结果表明,3市能见度均有显著的日周期,高频波段呈现出多个显著谱峰,低频波段存在若干显著谱峰。进一步开展机理分析,发现相对湿度和PM_2.5浓度是调制大气能见度的关键因子,相对湿度增大、PM_2.5浓度升高导致能见度降低。在同一相对湿度等级下,初始阶段能见度随PM_2.5浓度的升高迅速降低,到达“拐点”之后降低速率趋于缓慢。在同一PM_2.5浓度水平下,相对湿度越大,能见度越低,说明水汽对能见度也有重要影响。基于相对湿度和PM_2.5浓度两个因子,采用非线性拟合方案构建了大气能见度定量统计模型,总体而言模型拟合效果较好。最后针对研究中存在的不足和未来值得进一步发掘的科学问题进行了讨论。     

辽宁地区不同降水云系雨滴谱参数及其特征量研究

利用位于辽宁省沈阳市和辽阳市的Parsivel（Particle Size and Velocity）激光雨滴谱仪观测到的雨滴谱资料按照积雨云降水系统、积层混合云降水系统和层状云降水系统分析雨滴谱特征量和谱参数的平均特征及随时间的演变特征。结果表明:Gamma分布拟合谱参数N₀和λ按照层状云、积层混合云和积雨云的顺序减小,谱参数μ按照层状云、积层混合云和积雨云的顺序增大;直径小于1 mm的降水粒子对数浓度的贡献最大,直径大于1 mm的降水粒子对雷达反射率的贡献最大;M-P分布的谱参数N₀与雨强I具有幂函数关系,并且随着雨强I的增大而增大,谱参数λ与雨强I具有指数函数关系,随着雨强I的增大而减小。     

南京周家山下蜀黄土石英颗粒特征及其物源意义

下蜀黄土的成因和物源一直是学术界研究的热点。对南京周家山下蜀黄土的石英粒度和石英表面微结构进行分析,结果显示:粉砂粒级石英颗粒（5~50 μm）占绝对优势;<20 μm组分平均含量为42.76%,<30 μm组分平均含量为62.98%;粒度分布曲线和累积曲线总体具有颗粒偏细,呈正偏态,分选较差,峰形尖锐,双峰曲线不对称的特征;粒级-标准偏差曲线呈“双峰”分布,两个明显的标准偏差峰值分别出现在7.962 1 μm和39.905 2 μm。石英颗粒表面形态主要以次棱角状为主;表面机械结构具有丰富的蝶形坑、曲脊、贝壳状断口,部分表面出现平行节理面、V形坑;不同粒级组分表面形态和机械结构特征存在差异。分析表明,南京周家山下蜀黄土属典型风成成因堆积物,是多源区物质高度混合搬运堆积的结果。     

阿根廷米纳毕戈塔地区水系沉积物采样粒度试验研究

中国地质调查局与阿根廷地质矿产调查局合作在阿根廷西北部米纳毕戈塔地区进行1︰25万水系沉积物测量,该区属于干旱-半干旱高寒山区,为突出找矿效果,消除或减少风积物干扰,需要确定适合于该区的水系沉积物采样粒度。为此,在该区选择一个有已知矿床的1︰5万图幅进行采样粒度试验,分别选择10~60目、-60目、60~80目、-80目4个粒度级进行粒度试验;根据我国区域地球化学勘查规范,每个粒度分析39种元素。结果表明,大部分元素在4种粒度水系沉积物中的分布形态基本一致,都能够较好地反映出区内已知矿床,说明采用的采样方法可以有效地避免风成砂干扰;金、银、铜、锡等成矿元素在4种粒度中的分布略有差异,10~60目的金、铜和锡异常对已知矿体的反应更清晰准确。因此,本区水系沉积物地球化学测量的最佳采样粒度是10~60目。根据本次试验结果,中-阿地调局在本区联合开展1︰25万水系沉积物地球化学测量时采用了10~60目水系沉积物作为采样介质,取得了很好的效果。这是本区第一次进行水系沉积粒度试验,对本区将来的地球化学调查和研究具有指导意义。     

横向振动格栅紊流紊动特性试验

建立了一套大尺度格栅紊流试验系统,格栅进行有别于传统垂向模式的横向振动,采用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry,PIV)测量流速。对瞬时流速的检验表明,该系统产生的紊流场具有较强的随机性和统计规律性。均方根流速在格栅片附近变化较大,在两片格栅中间处趋于稳定,纵向均方根流速明显大于垂向均方根流速,二者比值在1.5~2.0之间,接近天然明渠紊流。雷诺应力在距格栅越近处波动越大,随着距格栅距离的增加而减小,至两片格栅中间处雷诺应力基本为0。时间和长度积分尺度在格栅片处最小,随着距格栅距离的增加而线性增加,至两片格栅中间处达到最大值。流速能谱呈现Kolmogorov理论的-5/3次方规律。本系统生成的紊流场的统计规律与传统的垂向振动格栅紊流较为一致,但纵向和垂向的紊动强度更接近实际,为后续紊流中泥沙和污染物等运动机理的研究奠定了基础。     

构造物理模拟和PIV有限应变分析对构造裂缝预测的启示

油气储层中构造裂缝发育与有限应变状态关系密切,为了探索有限应变分析与构造裂缝预测的新技术方法,此次研究设计完成了一组单侧挤压收敛模型的物理模拟实验,并引入粒子图像测速(PIV,Particle Image Velocimetry)技术对实验过程进行了定量化分析。实验模型在垂向上为含粘性层的多层结构,实验结果形成了一个肉眼可见的箱状褶皱。通过PIV技术可以获取实验模型变形演化过程中各阶段的位移场数据,计算出各阶段的增量应变,实现从初始状态到褶皱形成之后整个变形过程的有限应变分析,探讨构造裂缝成因机制和分布规律,进行定量化裂缝预测。挤压变形过程初期,应变分布范围很广,有限应变较弱(约4%~8%),在挤压方向上的线应变表现为弱压应变,在垂向上的线应变表现为弱张应变,这种现象是褶皱和断层产生前平行层缩短和层增厚的纯剪变形结果,也是区域型张裂缝和剪裂缝形成的主要机制。褶皱和断层即将发育之时至发育之后,应变局限在断层发育的剪切带及附近区域,有限应变表现为较强(达20%)的剪切应变和剪切张应变,是断层面附近简单剪切变形作用的结果,也是局部型剪裂缝和张剪裂缝形成的主要机制。     

原地栖息真菌Talaromyces flavus作用下不同粒径利蛇纹石的风化作用研究

主要研究了原地栖息真菌Talaromyces flavus作用下不同粒径的蛇纹石矿物粉末的风化作用。蛇纹石矿物粉末被筛分为不同粒度的4组(150~300、100~150、75~100和45~75μm)后进行真菌溶蚀实验,并使用p H计、ICP-OES、FTIR、XRD、SEM对反应产物进行了分析。结果表明,真菌作用显著加快了蛇纹石矿物的溶蚀,当蛇纹石矿物粒度降低到100μm左右时,Mg的溶出率从21.56%明显增加到35.91%。该现象可能与矿物比表面积的增大以及生物物理作用的增强有关。在此基础上粒径进一步减小并未使Mg溶出率明显提高,因此该粒径可以作为真菌对蛇纹石溶解工业化应用的最优粒径。扫描电镜观察与矿物相分析表明,反应过程中真菌分化产生的菌丝与矿物紧密接触,破坏了矿物的晶体结构,导致矿物相的改变。该研究结果可为相关菌种在浸矿等工业领域上的应用提供参考依据。     

纳米氧化物颗粒对水基钻井液润滑性能影响的试验研究

通过在水基钻井液中添加纳米氧化物颗粒,来改善其润滑性能。选用了Al2O3、TiO2及SiO2三种纳米氧化物颗粒作为钻井液改性添加剂,利用极压润滑仪及销盘摩擦磨损实验仪研究了添加不同种类和浓度纳米颗粒氧化物对水基钻井液的润滑性能及减摩效果的影响。结果表明,所添加的3种球形纳米颗粒均有润滑减阻减摩的效果,其中SiO2颗粒的钻井液的润滑性能、滤失性能以及减摩效果都是最好的。当纳米SiO2颗粒加量为0.4%时,滤失量最小,润滑系数降低率达到15.6%,摩擦系数降低率为32.0%,磨痕轨迹平滑,减摩效果最为明显。当纳米颗粒浓度超过0.5%时,减摩效果降低,磨盘脱层磨损明显。